Interações Fármacos-Bioreceptores

Os recentes avanços na química computacional, ressonância magnética nuclear, cristalografia de raio-X, bioquímica e biologia molecular nos mostra que o planejamento racional utilizando informações estruturais é um método extremamente útil na proposição de protótipos de fármacos.

O grande problema nesse campo é entender a natureza do reconhecimento molecular específico entre ligantes (sejam eles agonistas parciais, totais ou antagonistas) e seus receptores. O problema é ainda mais difícil quando, em muitos casos - exceto para proteínas solúveis cristalizáveis – a estrutura da molécula do receptor é desconhecida.

As interações moleculares envolvidas na ligação fármaco-bioreceptor são principalmente interações de van der Waals, eletrostáticas, ligação hidrogênio e hidrofóbicas. Interações hidrofóbicas são geralmente as forças dirigentes das interações, enquanto as ligações hidrogênio e eletrostáticas são responsáveis por conceder especificidade ao reconhecimento molecular. O conceito de Fischer de interação chave-fechadura ainda é válido como um ponto de partida, mas não só as chaves (fármacos), como também as fechaduras (bioreceptores), podem ser bastante flexíveis. Logo, complementaridade estérica permanece como um fator determinante no reconhecimento intermolecular.

Estratégias utilizadas quando não se conhece a estrutura do bioreceptor

Um grande número de receptores não tem sua estrutura elucidada, entre eles os receptores de membrana (devido à dificuldade de serem cristalizados e serem insolúveis em solventes que permitam a análise da ressonância magnética nuclear) , como os adrenérgicos, serotoninérgicos, dopaminérgicos e muscarínicos.

O primeiro objetivo é encontrar a conformação bioativa, isto é, a conformação do fármaco que efetivamente interage com o receptor. Quando a estrutura do receptor não está disponível e há um número grande de ligantes que interagem com ele no mesmo sítio de reconhecimento, o objetivo é desenvolver algum tipo de modelo desse sítio. Começa-se por restringir os ligantes, selecionando-os de diversas maneiras, e então sobrepô-los a fim de se identificar as subunidades críticas para a interação - subunidades farmacofóricas - aquelas que efetivamente interagem com resíduos de aminoácidos no sítio de reconhecimento molecular. Observando-se esses ligantes sobrepostos, o receptor pode ser mapeado determinando-se sítios permitidos e proibidos estericamente e a natureza eletrostática dessas interações. Esse modelo proposto deve ser capaz de acomodar todos os ligantes potentes e de prever, com algum grau de precisão, a potência de novos ligantes. Este é o objetivo máximo da modelagem molecular inserida no planejamento de protótipos de fármacos.

Para moléculas conformacionalmente flexíveis, estudos conformacionais podem ser realizados para nos indicar as conformações de mais baixa energia - mais estáveis termodinamicamente - que acredita-se que existam em maior porcentagem na biofase e, portanto, sejam as que efetivamente interajam com o bioreceptor. Todavia ainda não há evidência científica concreta de que as conformações de mais baixa energia sejam as conformações bioativas. Então é necessário gerar várias conformações de baixa energia, com uma certa variação do mínimo global, e todas podem ser consideradas candidatas potenciais a serem a conformação bioativa.

À medida que o tamanho dos ligantes e o número de graus de liberdade conformacionais deles aumentam, algumas técnicas de busca devem ser empregadas, que variam de uma simples busca sistemática por força bruta até técnicas mais sofisticadas e muitas vezes mais custosas computacionalmente, entre elas a dinâmica molecular, o método randômico de Monte Carlo e Simulated Annealing.

Diversos softwares, com diferentes abordagens, encontram-se disponíveis hoje para tentar mapear estruturas de bioreceptores, entre eles o CoMFA, que nos fornece informações a respeito dos campos moleculares estéricos e eletrostáticos - permitidos e proibidos - significantes na interação; o CoMSIA, que possui descritores hidrofóbicos, aceptores e doadores de ligação hidrogênio, além dos estéricos e eletrostáticos; o REMOTEDISC, que avalia cada átomo dos ligantes através das propriedades físico-químicas de coeficiente de partição, refratividade molar e densidade de carga atômica, e os programas de busca de subestruturas, como ALADDIN e CAVEAT, que buscam compostos cuja estrutura 3D obedeçam a critérios geométricos e estéricos específicos. Estes são apenas exemplos de softwares aplicados ao planejamento de fármacos, existem atualmente centenas deles, variando basicamente a abordagem de cada um e o preço. Esses softwares costumam ser bastante caros, estando restritos - no Brasil - a pequenos grupos de pesquisa das Universidades Federais e dos principais centros de pesquisa.

Estratégias ustilizadas quando a estrutura do bioreceptor é conhecida

Quando a estrutura 3D do receptor é conhecida, é possível determinar não somente a conformação bioativa do ligante, mas também detalhes da interação entre ele e a proteína, ganhando-se muito no entendimento do reconhecimento molecular. Nesse campo, insere-se as mudanças resultantes da formação do complexo ligante-bioreceptor, combinando-se à química computacional e gráfica para desenvolver ligantes mais potentes e, quando necessário, seletivos.

Uma variedade de métodos encontra-se disponível hoje, com os quais pode-se determinar a estrutura dos receptores e seus complexos com os respectivos ligantes (sejam eles agonistas totais, parciais ou antagonistas). Entre eles podemos citar a cristalografia de raio-X de alta resolução, que nos mostra quais subunidades do ligante estão interagindo com quais regiões do receptor e onde as interações por ligação hidrogênio e hidrofóbicas estão ocorrendo. Similarmente, as técnicas de ressonância magnética nuclear bi e tri-dimensionais podem fornecer detalhes das interações que há pouco tempo não conhecíamos.

A ligação de um fármaco a seu receptor é um processo controlado pela energia. O conhecimento da estrutura 3D do complexo ligante-receptor pode permitir a previsão das interações intermoleculares e, então, fornecer subsídios aos farmacêuticos para que proponham racionalmente novos ligantes, proposições estas apoiadas por programas como GRID e DOCK, que exploram o fato de se conhecer a estrutura 3D do receptor.

Devido ao grande número de artigos, livros e manuais consultados, não disponibilizei as referencias na página, mas quem tiver interesse em se aprofundar em qualquer dos assuntos abordados nessa breve introdução, pode entrar em contato que terei o maior prazer em ajudar.

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